Исследование влияния борных примесей замещения в углеродных нанотрубках на процесс взаимодействия полиметилметакрилата с бороуглеродными нанотрубками

Элбакян, Л.С. и Запороцкова, И.В. (2025) Исследование влияния борных примесей замещения в углеродных нанотрубках на процесс взаимодействия полиметилметакрилата с бороуглеродными нанотрубками. Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов (17). С. 906-915. ISSN 2226-4442

[thumbnail of fh2025-doi-10-26456-pcascnn-2025-17-906.pdf]

PDF - Опубликованная версия
1MB

Абстракт

Проведен анализ влияния борных примесей на адсорбционную активность модифицированных бором углеродных нанотрубок в отношении метилметакрилата. Исследование по адсорбции метилметакрилата может внести вклад в понимание механизмов сорбции и помочь в разработке новых функциональных материалов. Для полноты картины в рамках исследования изучено влияние концентрации бора (от ~16% до 50%) на конечные свойства композита. Для прогнозирования возможности создания стабильного комплекса «полимер-углеродная нанотрубка» выполнено теоретическое исследование с применением квантово-химического метода функционала плотности. Результаты сравнивались с ранее полученными результатами исследования чистых углеродных нанотрубок со структурной единицей метилметакрилата. Установлено, что молекулы полиметилметакрилата адсорбируются на поверхности бороуглеродной нанотрубки с значительно большей энергией (~45-50%), чем на чистой углеродной нанотрубке. Результаты расчётов электронной структуры и электростатических потенциалов показали, что в ходе взаимодействия между бороуглеродной нанотрубкой и мономером метилметакрилата происходит значительное перераспределение электронной плотности. Это выражается в увеличении положительного заряда на атоме бора и росте отрицательного заряда на карбонильном кислороде мономера, что свидетельствует о возникновении сильного донорно-акцепторного и кулоновского притяжения между ними. В результате было смоделировано строение комплекса бороуглеродной нанотрубки с метилметакрилатом. Его устойчивость обеспечивается физической адсорбцией, сопровождающейся значительным кулоновским вкладом. Таким образом, бороуглеродные нанотрубки, будучи полупроводниками p-типа, могут обеспечить лучший контроль над электропроводностью композита и создать новые пути для применения в гибкой электронике и сенсорах. Также можно ожидать существенного увеличения прочности на разрыв, модуля упругости и ударной вязкости композита при одинаковой степени наполнения благодаря эффективной передаче нагрузки с полимерной матрицы на армирующие бороуглеродные нанотрубки

Абстракт (англ.)

An analysis of the influence of boron impurities on the adsorption activity of boronmodified carbon nanotubes with respect to methyl methacrylate have been done. Research on the adsorption of methyl methacrylate can contribute to understanding mechanisms of sorption and help in the development of new functional materials. To complete the picture, the effect of boron concentration (from ~16% to 50%) on the final properties of the composite has been studied in the framework of the study. To predict the possibility of creating a stable «polymer-nanotube» complex, a theoretical study was performed using the quantum chemical density functional theory. The results were compared with the previously obtained results of a study of pure carbon nanotubes with a structural unit of methyl methacrylate. It has been found that polymethyl methacrylate molecules were adsorbed on the surface of nanotubes with significantly higher energy (~45-50%) than on pure nanotubes. The results of calculations of the electronic structure and electrostatic potentials have shown that a significant redistribution of the electron density occurs during the interaction between borocarbon nanotube and the methyl methacrylate monomer. This is expressed in an increase in the positive charge on the boron atom and an increase in the negative charge on the carbonyl oxygen of the monomer, which indicates the emergence of a strong donor-acceptor and Coulomb attraction between them. As a result, the structure of a borocarbon nanotube complex with methyl methacrylate was modeled. Its stability is ensured by physical adsorption, accompanied by a significant Coulomb contribution. Thus, borocarbon nanotubes, being p-type semiconductors, can provide better control over the electrical conductivity of the composite and create new ways for use in flexible electronics and sensors. It is also possible to expect a significant increase in the tensile strength, modulus of elasticity and impact strength of the composite with the same degree of filling due to the effective load transfer from the polymer matrix to the reinforcing bunts.

Тип объекта:	Статья
Сведения об авторах:	Элбакян Лусине Самвеловна – к.ф.-м.н., доцент кафедры судебной экспертизы и физического материаловедения Института приоритетных технологий, ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный университет» Запороцкова Ирина Владимировна – д.ф.-м.н., профессор, директор Института приоритетных технологий, ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный университет»
Ключевые слова:	полиметилметакрилат, бороуглеродные нанотрубки, полимерные нанокомпозиты, метод функционала плотности, адсорбционное взаимодействие, электростатический потенциал
Ключевые слова (англ.):	polymethyl methacrylate, borocarbon nanotubes, polymer nanocomposites, density functional theory, adsorption interaction, electrostatic potential
Категории:	5 Математика. Естественные науки > 53 Физика > 538.9 Физика конденсированного состояния (жидкое и твёрдое состояния), микроскопическое описание
Подразделения:	Университеты > Волгоградский государственный университет
ID Code:	15620
Deposited On:	06 Июл 2026 09:00
Последнее изменение:	06 Июл 2026 09:27

Repository Staff Only: item control page